Πώς οι κινητήρες H2-ready προετοιμάζουν τους χειριστές παραγωγής ενέργειας για το μέλλον

 Πώς οι κινητήρες H2-ready μειώνουν τις εκπομπές και προετοιμάζουν τους χειριστές των σταθμών παραγωγής ενέργειας για το μέλλον

Με έως και 25 τοις εκατό υδρογόνο που αναμένεται να επιστρέφει στην υποδομή φυσικού αερίου στην Ευρώπη, οι διαχειριστές εργοστασίων αντιμετωπίζουν νέα ερωτήματα σχετικά με τους

κινητήρες με δυνατότητα υδρογόνου. Ο ειδικός της MAN Energy Solutions Matthias Auer έχει τις απαντήσεις.

Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής που χρησιμοποιούν κινητήρες με αέριο αναμένεται να διαδραματίσουν μεγάλο ρόλο στην εξασφάλιση της ισχύος σε ημέρες με λίγο ήλιο ή άνεμο. Αλλά τελικά το φυσικό αέριο, ένα καύσιμο γέφυρας, θα πρέπει να δώσει τη θέση του σε μια εναλλακτική λύση εντελώς χωρίς άνθρακα. Μια πολλά υποσχόμενη λύση είναι το πράσινο υδρογόνο, κατασκευασμένο από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ικανό να αναμιχθεί στο δίκτυο φυσικού αερίου. Τι συμβαίνει όμως όταν ένα μείγμα πράσινου υδρογόνου εισάγεται στους αγωγούς φυσικού αερίου; Μπορούν εύκολα να προσαρμοστούν οι εγκαταστάσεις με καύση αερίου; Υπάρχει τρόπος να προετοιμαστούν οι χειριστές για αυτό; Το Discover συνομιλεί με τον μηχανικό και επικεφαλής του τμήματος απόδοσης και εκπομπών της MAN Energy Solutions Matthias Auer σχετικά με το μέλλον της καύσης υδρογόνου με κινητήρες αερίου MAN και τι χρειάζεται για να είναι έτοιμος για H2.Οι κινητήρες υδρογόνου που λειτουργούν με αποθηκευμένο πράσινο υδρογόνο θα χρειαστούν για την κάλυψη περιόδων με έλλειψη παροχής ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο ή τον άνεμο.

Πέρυσι η MAN Energy Solutions ανακοίνωσε ότι οι κινητήρες της που κινούνται με φυσικό αέριο μπορούν πλέον να παραγγελθούν με δυνατότητα H2-ready ικανή να λειτουργεί με περιεκτικότητα σε υδρογόνο έως και 25 τοις εκατό κατ' όγκο εντός του φυσικού αερίου. Και η 100 τοις εκατό καύση υδρογόνου βρίσκεται επί του παρόντος σε εξέλιξη. Ποιες είναι οι προκλήσεις στην ανάπτυξη κινητήρων με ικανότητα υδρογόνου;

Matthias Auer: Η κύρια πρόκληση, τουλάχιστον από την οπτική γωνία ενός μηχανικού, είναι ότι το υδρογόνο και το φυσικό αέριο έχουν διαφορετικές συμπεριφορές καύσης και καύσης. Για παράδειγμα, το υδρογόνο καίγεται πολύ πιο γρήγορα από το φυσικό  αέριο και έχει μεγαλύτερο εύρος αναφλεξιμότητας, γεγονός που καθιστά πιο δύσκολο τον έλεγχο της καύσης του.

Έτσι, για να διατηρείται ένας κινητήρας σε σταθερή λειτουργία, ειδικά με υψηλό μερίδιο υδρογόνου, η μονάδα ελέγχου παίζει βασικό ρόλο. Χρειάζεστε ενεργό έλεγχο καύσης για να αντισταθμίσετε τις υψηλές ταχύτητες καύσης του υδρογόνου. Αυτό ήταν το βασικό χαρακτηριστικό για την υλοποίηση ενός κινητήρα αερίου με δυνατότητα υδρογόνου.

Λοιπόν, πώς λύσατε αυτές τις προκλήσεις στη διαδικασία της μηχανικής;

 Κάθε κινητήρας αερίου, ανεξάρτητα από το αν είναι κινητήρας καθαρού φυσικού αερίου ή υδρογόνου, είναι βελτιστοποιημένος, επομένως είστε ήδη κοντά στον περιορισμό της θερμοκρασίας, της πίεσης και της ταχύτητας του υπερσυμπιεστή. Εάν ξεκινήσετε με έναν κινητήρα αερίου και προσθέσετε υδρογόνο, τότε θα πρέπει να παραμείνετε εντός των ορίων και να αντισταθμίσετε την επίδραση τροποποιώντας την πίεση του αέρα φόρτισης ή το χρονισμό ανάφλεξης. Και αυτό κάνει η μονάδα ελέγχου ενεργού καύσης. 

Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι, με μερίδια υδρογόνου έως και 30-35%, η επίδραση στις ιδιότητες καύσης δεν είναι τόσο δραματική – υπάρχουν μέτριες αλλαγές που μπορούν να αντισταθμιστούν. Στο 100 τοις εκατό, όμως, έχετε μια εντελώς διαφορετική συμπεριφορά καύσης.

 

Πραγματικά, αυτό το ποσοστό είναι αυτό που περιμένουμε επί του παρόντος από την παροχή υδρογόνου μέσω του δικτύου φυσικού αερίου - οπότε ξεκινήσαμε απλώς με προσανατολισμό στο στόχο. Στο άμεσο μέλλον, δεν θα έχουμε απότομα 25% υδρογόνο στο φυσικό αέριο, αλλά βήμα-βήμα θα έχουμε όλο και περισσότερο πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας που μετατρέπεται σε υδρογόνο από ηλεκτρολύτες, το οποίο στη συνέχεια θα διοχετεύεται πιθανότατα στο δίκτυο φυσικού αερίου. Η υποδομή φυσικού αερίου στη Γερμανία και την υπόλοιπη Ευρώπη είναι ικανή να χειριστεί 20-30 τοις εκατό υδρογόνο χωρίς σημαντικές αλλαγές. Έτσι, προς το παρόν, η ποσότητα του παραγόμενου υδρογόνου και η ποσότητα που μπορούν να λάβουν οι αγωγοί ταιριάζει αρκετά με την τρέχουσα τεχνολογία κινητήρα μας. 

Ποιο είναι το κίνητρο για τους χειριστές σταθμών παραγωγής ενέργειας να χρησιμοποιούν ήδη κινητήρες H2-ready; Γιατί να μην περιμένετε έναν κινητήρα υδρογόνου 100 τοις εκατό; 

Το εγγενές κίνητρο είναι ότι οι φορείς εκμετάλλευσης έχουν ήδη καλύτερη ισορροπία αερίων θερμοκηπίου χρησιμοποιώντας σήμερα φυσικό αέριο αναμεμειγμένο με υδρογόνο. Υπάρχουν όμως και κανονιστικοί λόγοι, για παράδειγμα, το γεγονός ότι από εδώ και στο εξής επιτρέπεται απλώς η εισαγωγή υδρογόνου στους αγωγούς φυσικού αερίου. Μόλις βάλετε υδρογόνο στον αγωγό, τότε μπορεί να έρθει σε οποιονδήποτε καταναλωτή – συμπεριλαμβανομένων των σταθμών παραγωγής ενέργειας, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να έχουν κινητήρες ικανούς να λειτουργούν με μείγματα φυσικού αερίου υδρογόνου.

Οι κινητήρες αερίου MAN 35/44G TS, 51/60G και 51/60G TS έχουν πλέον χαρακτηριστεί ως H2-ready και ικανοί να εκμεταλλευτούν ένα μείγμα υδρογόνου 25% για περαιτέρω μείωση των εκπομπών CO 2 .

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της άμεσης καύσης με υδρογόνο σε αντίθεση με άλλα καύσιμα Power-to-X όπως το συνθετικό φυσικό αέριο (SNG);

 Πρώτον, το υδρογόνο είναι το πιο εύκολο συνθετικό καύσιμο στην παραγωγή και ουσιαστικά η βάση για όλα τα άλλα καύσιμα Power-to-X. Το μόνο που χρειάζεστε για την παραγωγή υδρογόνου είναι νερό, ηλεκτρόλυση και ηλεκτρική ενέργεια. Δεν χρειάζονται περαιτέρω χημικοί αντιδραστήρες, γεγονός που την καθιστά μια απίστευτα αποτελεσματική διαδικασία. Και, τουλάχιστον μέχρι τις αναφερόμενες μετοχές, μπορείτε ήδη να το τροφοδοτήσετε στο υπάρχον σύστημα αγωγών.

 Άλλα καύσιμα Power-to-X αρχίζουν να γίνονται σημαντικά όταν δεν πρόκειται μόνο για την παραγωγή του συνθετικού καυσίμου, αλλά και για τη μεταφορά και την πυκνότητα ενέργειας στο σύστημα αποθήκευσης. Είναι δύσκολο να τοποθετήσετε την απαιτούμενη ποσότητα υδρογόνου σε ένα υπερατλαντικό φορτηγό πλοίο ή κρουαζιερόπλοιο ή ένα αεροσκάφος λόγω της χαμηλής ογκομετρικής αξίας θέρμανσης. Σε αυτές τις εφαρμογές, είναι πιο λογικό να μετατρέπεται περαιτέρω το υδρογόνο, για παράδειγμα, σε μεθάνιο, μεθανόλη ή αμμωνία. Αλλά πρέπει να έχουμε κατά νου, ότι οι χημικές αντιδράσεις μεταξύ του υδρογόνου και του συγκεκριμένου καυσίμου Power-to-X συνδέονται πάντα με απώλειες ενέργειας. Έτσι, συγκριτικά, το υδρογόνο είναι το πιο αποτελεσματικό. 

Πόσο καιρό μέχρι να έχουμε έναν κινητήρα να λειτουργεί με 100 τοις εκατό υδρογόνο; Είναι αυτό εφικτό;

Απολύτως – στην πραγματικότητα, έχουμε ήδη πραγματοποιήσει δοκιμές με 100 τοις εκατό υδρογόνο. Αλλά αυτοί οι κινητήρες έχουν πραγματικά νόημα μόνο όταν έχετε μια σταθερή παροχή υδρογόνου για αυτούς. Και νομίζω ότι αυτό είναι κάτι πολύ μακριά γιατί υπάρχουν τόσες άλλες εφαρμογές όπου η χρήση υδρογόνου μπορεί να έχει μεγαλύτερο άμεσο αντίκτυπο. Άρα, υπάρχει τεράστια ζήτηση για υδρογόνο. Αλλά ο κινητήρας υδρογόνου 100% θα είναι υποχρεωτικός μόλις φτάσουμε στο δρόμο μας προς την πλήρη απεξάρτηση από τον άνθρακα. Στη συνέχεια, θα χρειαστούν κινητήρες υδρογόνου που λειτουργούν με αποθηκευμένο πράσινο υδρογόνο για να καλύψουν περιόδους με έλλειψη παροχής ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο ή τον άνεμο. Οι μηχανικοί της MAN πειραματίζονται ήδη με 100 τοις εκατό καύση υδρογόνου για να δείξουν στην αγορά τι είναι δυνατό./www.man-es.com